Параллельное соединение проводников

Введение

В электротехнике существует два основных способа соединения элементов — последовательное и параллельное. Если при последовательном соединении ток проходит через каждый элемент один за другим, то при параллельном соединении все элементы подключаются к источнику тока независимо, образуя несколько ветвей.

Параллельное соединение широко используется в электрических цепях, так как оно обеспечивает равное напряжение на всех участках, возможность независимой работы отдельных приборов и стабильность электрической сети.
Например, в осветительных сетях дома лампы соединены именно параллельно — при перегорании одной лампочки остальные продолжают работать.

Сущность параллельного соединения проводников

При параллельном соединении проводников начала всех проводников соединяются в одной точке, а их концы — в другой. Таким образом, каждый проводник образует свою ветвь, но подключён к одному и тому же источнику питания.

Схематично это можно изобразить так:

Здесь R₁, R₂, R₃ — сопротивления отдельных ветвей. Все они подключены между одними и теми же точками, что означает, что на каждом из них напряжение одинаково.

Сила тока в цепи при параллельном соединении

Главное отличие параллельного соединения от последовательного состоит в том, что напряжение на всех ветвях одинаково, а сила тока — разная.

Общая сила тока в цепи равна сумме токов, протекающих по каждой ветви:

I = I₁ + I₂ + I₃

Здесь
I — общий ток в цепи,
I₁, I₂, I₃ — токи в отдельных ветвях.

Так как ток зависит от сопротивления ветви (по закону Ома), то в ветви с меньшим сопротивлением ток будет больше, а с большим сопротивлением — меньше.

Пример:
Если параллельно подключены два проводника с сопротивлениями 3 Ом и 6 Ом, то по первому потечёт ток в два раза больший, чем по второму. Однако общее сопротивление всей цепи будет меньше сопротивления любого из проводников.

Эквивалентное сопротивление при параллельном соединении

Чтобы рассчитать сопротивление всей цепи, используют понятие эквивалентного сопротивления. Оно показывает, какое сопротивление можно было бы поставить вместо всех ветвей, чтобы сила тока осталась такой же.

Для параллельного соединения выполняется зависимость:

1 / R = 1 / R₁ + 1 / R₂ + 1 / R₃

или, если ветвей две:

R = (R₁ × R₂) / (R₁ + R₂)

Из формулы видно, что при параллельном соединении общее сопротивление всегда меньше любого из отдельных сопротивлений. Это объясняется тем, что электрический ток получает несколько путей для прохождения, а значит, суммарное сопротивление току уменьшается.

Пример расчёта

Пусть два проводника имеют сопротивления:
R₁ = 6 Ом, R₂ = 3 Ом.

Найдём их общее сопротивление:
R = (R₁ × R₂) / (R₁ + R₂) = (6 × 3) / (6 + 3) = 18 / 9 = 2 Ом.

Общее сопротивление меньше каждого из сопротивлений, что подтверждает правило.

Если к источнику напряжением 6 В подключены эти два проводника, то по закону Ома сила тока через каждую ветвь равна:
I₁ = 6 / 6 = 1 А
I₂ = 6 / 3 = 2 А
Общий ток в цепи:
I = I₁ + I₂ = 1 + 2 = 3 А.

Практическое значение параллельного соединения

Параллельное соединение имеет важное практическое значение:

• При выходе из строя одного элемента остальные продолжают работать.

• Каждое устройство получает одинаковое напряжение, что особенно важно для бытовой техники.

• Позволяет регулировать ток в каждой ветви независимо.

• Обеспечивает надёжность и гибкость электрических цепей.

Такое соединение используется в электрических сетях зданий, в аккумуляторных батареях, в радиотехнике, на транспорте и во множестве других устройств.

Сравнение последовательного и параллельного соединений

Вопросы для самопроверки

1. Что называется параллельным соединением проводников?

2. Почему напряжение на всех ветвях параллельного соединения одинаково?

3. Как соотносятся сила тока в ветвях и общий ток в цепи?

4. Как записывается формула для расчёта эквивалентного сопротивления при параллельном соединении?

5. Почему при параллельном соединении общее сопротивление меньше любого из сопротивлений ветвей?

6. Как изменяется сила тока, если добавить ещё одну параллельную ветвь с малым сопротивлением?

7. Как подключают амперметр и вольтметр при исследовании параллельного соединения?

8. Почему в домах лампочки и розетки соединяют параллельно?

9. Что произойдёт, если один из проводников в параллельной цепи оборвётся?

10. В чём преимущества и недостатки параллельного соединения по сравнению с последовательным?